EP1473102A2

EP1473102A2 - Cutting tool

Info

Publication number: EP1473102A2
Application number: EP04009634A
Authority: EP
Inventors: Werner Kölker
Original assignee: Fette GmbH
Current assignee: Fette GmbH
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2004-11-03
Also published as: EP1473102A3; US20040265075A1; DE10319169A1

Abstract

The cutter has at least one cutting edge adjoined by a planing surface (14) and at least a free surface (16). The surface areas of the coating (18) on the free face and the coating of the planing surface have different microtopographical properties which affect the planing flow. The surface friction of the planing surface is greater or less than that of the free surface. The surface structures can be produced through laser radiation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schneidwerkzeug nach den Patentansprüchen 1 und 7.The invention relates to a cutting tool according to claims 1 and 7.

Typisch für ein Schneidwerkzeug ist ein Schneidkeil mit einer Schneidkante, einer Spanfläche und einer Freifläche. Die Spanfläche weist in vielen Fällen zur besseren Abfuhr oder Ableitung der Späne spezielle Formgebungen auf, zum Beispiel Spannuten, Spanbrecherformationen oder dergleichen. Wenn nachfolgend von Flächen, Flächenabschnitten oder dergleichen die Rede ist, sind in erster Linie diese Flächen des Schneidkeils gemeint.A cutting wedge with a cutting edge, a rake face, is typical of a cutting tool and an open space. The rake face points in many cases for better removal or derivation of the chips on special shapes, for example flutes, Chip breaker formations or the like. If subsequently of surfaces, surface sections or the like, these surfaces of the cutting wedge are primarily meant.

Es ist seit langem bekannt, Schneidwerkzeuge mit einem Hartstoff zu beschichten, um die Eigenschaften des Werkzeugs zu verbessern, insbesondere seine Härte und/oder die Reibungseigenschaften der Flächen. Eine größere Härte reduziert bekanntlich den Verschleiß und führt zu einer höheren Standfestigkeit des Werkzeugs. Eine relativ geringe Oberflächenrauhigkeit der Flächen angrenzend an die Schneidkante verbessert den Spanfluß und das Gleitverhalten. Als Beschichtungsmaterial kommt z. B. TiN, TiAIN, Al₂O₃, TiCN usw. in Betracht. Das Beschichten erfolgt üblicherweise nach dem CVD- oder PVD-Verfahren. Beim CVD-Verfahren wird aus einer Gasphase heraus durch chemische Reaktionen, wie z. B. thermische Zersetzungen, bei Temperaturen von 500 bis 1100° C auf einem Substrat mindestens eine dünne Schicht von Metallen, Carbiden, Titancarbiden, Chromcarbiden, Borcarbiden, Nitriden usw. abgeschieden. Beim PVD-Verfahren erfolgt die Beschichtung durch physikalische Dampfabscheideprozesse mit Hilfe plasmaaktivierter Verfahren unter Vakuum. Beim Ionenplattieren wird in einer Vakuumkammer an das leitfähige Substrat eine elektrische Spannung gelegt und in einer ersten Arbeitsphase zunächst die Oberfläche durch Beschuß mit Argonionen gereinigt. In der zweiten Phase wird das Beschichtungsmaterial verdampft und auf der Oberfläche abgelagert. Hartstoffschichten können mittels PVD bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als beim CVD-Verfahren abgeschieden werden.It has long been known to coat cutting tools with a hard material in order to improve the properties of the tool, in particular its hardness and / or the friction properties of the surfaces. As is well known, greater hardness reduces wear and leads to greater stability of the tool. A relatively low surface roughness of the surfaces adjacent to the cutting edge improves the chip flow and the sliding behavior. As a coating material comes e.g. B. TiN, TiAIN, Al ₂ O ₃ , TiCN, etc. into consideration. Coating is usually carried out using the CVD or PVD process. In the CVD process is from a gas phase through chemical reactions such. B. thermal decomposition, deposited at temperatures of 500 to 1100 ° C on a substrate at least a thin layer of metals, carbides, titanium carbides, chromium carbides, boron carbides, nitrides, etc. In the PVD process, the coating is carried out by physical vapor deposition processes using plasma-activated processes under vacuum. In ion plating, an electrical voltage is applied to the conductive substrate in a vacuum chamber and in a first working phase the surface is first cleaned by bombardment with argon ions. In the second phase, the coating material is evaporated and deposited on the surface. Hard material layers can be deposited using PVD at significantly lower temperatures than with the CVD process.

Das Beschichten von Werkzeugen mit mehr als einer Beschichtung ist aus einer Reihe von U.S.-Patenten bekannt geworden (U.S. 5,143,488, U.S. 5,250,362, U.S. 5,364,209, U.S. 5,750,247, U.S. 5,722,803 oder U.S. 5,879,823). Wenn nachfolgend von einer Beschichtung gesprochen wird, dann impliziert dies auch deren Mehrlagigkeit, d. h. die Beschichtung ist aus einer Mehrzahl von einzelnen Schichten, die nacheinander aufgebracht werden, aufgebaut. Bei den bekannten Verfahren wird häufig im CVD-Verfahren eine erste Beschichtung aufgebracht und anschließend im PVD-Verfahren eine nächste Beschichtung. Alle vorschlagenden Verfahren dienen dem Zweck, die Schneideigenschaften und Standfestigkeit des Werkzeugs zu verbessern.The coating of tools with more than one coating is one of a number known from U.S. patents (U.S. 5,143,488, U.S. 5,250,362, U.S. 5,364,209, U.S. 5,750,247, U.S. 5,722,803 or U.S. 5,879,823). If subsequently from one Coating is spoken, then this also implies their multilayer, i. H. the Coating is made up of a plurality of individual layers that are applied sequentially are built up. In the known methods, the CVD method is often used applied a first coating and then applied a PVD process next coating. All the proposed procedures serve the purpose of To improve the cutting properties and stability of the tool.

Aus JP 2 000 042 806 A, EP 109 94 132 A1 oder DE 100 48 899 A1 ist bekannt geworden, sogenannte Indikatorschichten bei Schneidwerkzeugen, insbesondere bei Wendeplatten vorzusehen. Die Indikatorschichten werden z. B. auf der Freifläche aufgebracht. Dies geschieht dadurch, daß zunächst eine erste Beschichtung des kompletten Werkzeugs, beispielsweise mit Al₂O₃, erfolgt und im Anschluß das Aufbringen einer zweiten vollflächigen Beschichtung z. B. auf eine Wendeschneidplatte. Anschließend wird etwa in der Spanfläche die zweite Beschichtung wieder entfernt. Dies ist nicht weiter schwierig, da die Indikatorschicht die gewünschte Eigenschaft hat, bereits bei geringer mechanischer Einwirkung beeinträchtigt bzw. entfernt zu werden.From JP 2 000 042 806 A, EP 109 94 132 A1 or DE 100 48 899 A1 it has become known to provide so-called indicator layers in cutting tools, in particular in indexable inserts. The indicator layers are e.g. B. applied to the open space. This is done by first coating the entire tool, for example with Al ₂ O ₃ , and then applying a second full-surface coating, e.g. B. on an indexable insert. The second coating is then removed again, for example in the rake face. This is no longer difficult, since the indicator layer has the desired property of being impaired or removed even with little mechanical action.

Aus DE 197 24 319 ist ein Verfahren zur Beeinflussung des Spanflußverhaltens von Werkzeugflächen im Bereich von Schneidkanten bei spanerzeugenden Werkzeugen bekannt geworden, bei dem mit Hilfe einer Laserbestrahlung zumindest die Spanflächen im geringen Abstand zur Schneidkante mit einem die Oberflächenstruktur verändernden geometrischen Muster versehen werden. Hierzu gehört auch das Auftragen von Schichten mit gewünschten den Spanfluß beeinflussenden Eigenschaften mit Hilfe eines Laserstrahls. Durch eine bestimmte Richtungsgebung der das Muster bildenden Markierungen läßt sich z. B. nicht nur die Fließgeschwindigkeit, sondern auch die Fließrichtung der Späne beeinflussen.DE 197 24 319 describes a method for influencing the chip flow behavior of Tool surfaces in the area of cutting edges for chip-producing tools become known in which at least the rake surfaces with the help of laser radiation at a short distance from the cutting edge with a changing surface structure geometric patterns. This also includes the application of layers with desired properties influencing the chip flow with the help of a laser beam. By a specific direction of the markings forming the pattern can z. B. not only the flow rate, but also the flow direction of the Affect chips.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug zu schaffen, bei dem die der Schneidkante benachbarten Oberflächen je nach Beanspruchung im Hinblick auf ihre Eigenschaften optimiert sind.The invention has for its object to provide a cutting tool in which the surfaces adjacent to the cutting edge depending on the stress with regard to their properties are optimized.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 gelöst.This object is solved by the features of claims 1 and 7.

Bei dem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug weist die Oberfläche der Beschichtung der Freifläche eine andere Eigenschaft im Hinblick auf das Spanfließverhalten auf, als die Oberfläche der Beschichtung der Spanfläche. Unter unterschiedlicher Eigenschaft ist insbesondere der Reibungswert zu verstehen. Es versteht sich, dass die Reibung immer nur bestimmt werden kann im Hinblick auf einen sogenannten Reibungspartner. Die Reibung einer Oberfläche wird im Wesentlichen bestimmt durch die Rauhigkeit der Oberfläche, die sich bei einer Beschichtung nach dem CVD- oder PVD-Verfahren im 100 nm-Bereich bewegt, und durch die Ädhäsionskräfte zwischen den zusammenwirkenden Flächen von Werkstück und Werkzeug. Zumeist ist erwünscht, die Freifläche glatter beziehungsweise reibärmer zu machen, als die Spanfläche.In the cutting tool according to the invention, the surface of the coating has the open space has a different property with regard to chip flow behavior than the surface of the coating of the rake face. Is under different property especially to understand the coefficient of friction. It is understood that the friction always can only be determined with regard to a so-called friction partner. The friction a surface is essentially determined by the roughness of the surface, which is in the case of a coating according to the CVD or PVD process in the 100 nm range moved, and by the adhesive forces between the interacting Surfaces of workpiece and tool. Most of the time, it is desirable that the open space be smoother or to make it less abrasive than the rake face.

Es sind verschiedene Verfahren denkbar, um die Oberflächen beziehungsweise Spanfließeigenschaften einzustellen, oder zu modifizieren. Beispielsweise können den Oberflächen durch gezielte Laserbestrahlung oder durch gezielte Wärmebeeinflussung eine unterschiedliche Gefügestruktur und/oder Mikrotopographie verliehen werden. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn sowohl Span- als auch Freifläche mit einer durchgehenden zumindest aber gleichen Beschichtung an der Oberfläche versehen werden und eine der Oberflächen nachträglich durch Wärme- oder Laserbestrahlung in ihrer Mikrotopographie modifiziert wird. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, Span- und Freifläche mit einem ersten Beschichtungsmaterial an der Oberfläche zu versehen und anschließend Frei- oder Spanfläche mit einem zweiten Beschichtungsmaterial zu versehen. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, Span- und Freifläche jeweils an der Oberfläche mit einem getrennten Beschichtungsmaterial zu versehen.Various methods are conceivable to determine the surface or chip flow properties adjust or modify. For example, the surfaces through targeted laser radiation or through targeted heat influence different structure and / or microtopography can be awarded. This can For example, the case if both chip and free surface with a continuous but at least the same coating on the surface and a the surfaces afterwards by heat or laser radiation in their microtopography is modified. An alternative option is chip and free face to be provided with a first coating material on the surface and then to provide a free coating or rake surface with a second coating material. Finally, there is also the possibility of cutting and flanking each on the To provide the surface with a separate coating material.

Bei der Lösung nach Patentanspruch 7 ist vorgesehen, die Oberfläche der Span- und/oder Freifläche mit mindestens einem begrenzten Flächenabschnitt zu versehen. Der Flächenabschnitt weist im Vergleich zur übrigen Oberfläche von Span- und/oder Freifläche unterschiedliche Eigenschaften im Hinblick auf das Spanfließverhalten auf. So kann die Oberflächenreibung des Flächenabschnitts kleiner oder größer sein, als die der übrigen Oberfläche von Span- und/oder Freifläche. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Oberfläche des Flächenabschnitts von einem anderen Beschichtungsmaterial als die Oberfläche der übrigen Fläche von Span- und Freifläche gebildet sein.In the solution according to claim 7 it is provided that the surface of the chip and / or To provide open space with at least a limited area. The surface section points in comparison to the rest of the surface of the chip and / or free surface different properties with regard to chip flow behavior. So it can Surface friction of the surface section can be smaller or larger than that of the rest Surface of chip and / or free surface. According to one embodiment of the invention the surface of the surface portion of a different coating material than that Surface of the remaining surface can be formed by the chip and free surface.

Alternativ kann der Flächenabschnitt durch eine gezielte Laserbestrahlung oder Wärmebehandlung einer Oberfläche einer Beschichtung von Span- und/oder Freifläche eine Gefügestruktur und/oder Mikrotopographie aufweisen, die von der Gefügestruktur und/oder der Mikrotopographie der übrigen Oberfläche von Span- und Freifläche unterschiedlich ist.Alternatively, the surface section can be created by targeted laser irradiation or heat treatment a surface of a coating of chip and / or free surface Have structure and / or microtopography that of the structure and / or the microtopography of the remaining surface of the chip and free surface is.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Mehrzahl von Flächenabschnitten vorgesehen, welche parallel zur Schneidkante ein gleichmäßiges Muster bilden. Das Muster kann aus einzelnen Punkten, Streifen oder dergleichen bestehen, wobei die Erstreckung der Flächenabschnitte quer zur Schneidkante kleiner oder größer sein kann, als parallel zur Schneidkante. According to a further embodiment of the invention, there are a plurality of surface sections provided which form a uniform pattern parallel to the cutting edge. The pattern can consist of individual dots, stripes or the like, whereby the extent of the surface sections transverse to the cutting edge can be smaller or larger can, as parallel to the cutting edge.

Bei Wendeschneidplatten, die zum Beispiel vier im Rechteck oder im Rombus angeordnete Schneidkanten aufweisen, kann der einen Schneidkante ein erstes Flächenmuster zugeordnet sein, das unterschiedlich ist von dem Flächenmuster, das der zweiten Schneidkante zugeordnet ist.For indexable inserts, for example four arranged in a rectangle or in a diamond Having cutting edges, the one cutting edge can have a first surface pattern be assigned, which is different from the surface pattern that the second Cutting edge is assigned.

Gemeinsam ist den Lehren der Ansprüche 1 und 7 das Erzeugen ganzer oder partieller Oberflächen von Span- oder Freifläche, zum Beispiel durch Beschichtung mit einer Hartstoffschicht im PVD-Verfahren auf gewünschte Oberflächenbereiche, beispielsweise auf der Freifläche oder der Spanfläche des Werkzeugs mit für die Freifläche oder die Spanfläche optimierten Eigenschaften.Common to the teachings of claims 1 and 7 is the generation of whole or partial Surfaces of chip or open surfaces, for example by coating with a hard material layer in the PVD process on desired surface areas, for example on the free surface or the rake surface of the tool with for the free surface or the rake surface optimized properties.

Vor der Behandlung oder Beschichtung von Flächen des Werkzeugs zur Erzielung bestimmter Oberflächen- beziehungsweise Spanfließeigenschaften für den Zerspanungsprozeß kann die Oberfläche des Werkstücks vorbehandelt sein. So kann eine ganzflächige oder partielle Vorbeschichtung im CVD-Verfahren oder PVD-Verfahren mit einem vorgegebenen Material erfolgen. Statt einer Vorbeschichtung kann eine andere Vorbehandlung vorgenommen werden, beispielsweise ein Nitrieren oder Borieren oder ein sonstiges Diffusionsverfahren, das zu einer Veränderung bzw. Verbesserung des Gefüges im oberflächennahen Bereich des Werkstücks führt.Before treating or coating surfaces of the tool to achieve this certain surface or chip flow properties for the machining process the surface of the workpiece can be pretreated. So an all-over or partial precoating in the CVD process or PVD process a given material. Instead of a pre-coating, another Pretreatment can be carried out, for example nitriding or boronizing or another diffusion process that leads to a change or improvement of the Structure in the near-surface area of the workpiece.

Es kann dabei so vorgegangen werden, daß eine erste Beschichtung optimierte Eigenschaften im Hinblick auf die Span- oder die Freifläche aufweist. Die zweite Beschichtung, die lediglich im Bereich der Freifläche oder der Spanfläche aufgebracht wird, optimiert die Oberflächeneigenschaften im Hinblick auf diesen Oberflächenbereich des Werkzeugs. Es ist auch denkbar, auf der Basis einer Komplettbeschichtung unterschiedliche zweite Beschichtungen für bestimmte Oberflächenbereiche, beispielsweise Spanund Freifläche, aufzubringen, um die Schneid- und Spanflußeigenschaften sowie weitere Parameter, welche die Qualität eines Schneidwerkzeugs, zum Beispiel Reibung, Härte usw., bestimmen, zu beeinflussen. Es versteht sich, daß für diese Eigenschaften neben der Werkzeuggeometrie im wesentlichen das für das Beschichten verwendete Material oder die Art der Behandlung (Wärme, Laserbestrahlung, chemische Behandlung usw.) maßgeblich ist. It can be done in such a way that a first coating has optimized properties with regard to the chip or the free surface. The second coating, which is only applied in the area of the free surface or the rake surface the surface properties with regard to this surface area of the Tool. It is also conceivable to use different coatings based on a complete coating second coatings for certain surface areas, for example chipboard Open space to apply to the cutting and chip flow properties as well as others Parameters that determine the quality of a cutting tool, for example friction, hardness etc., determine, influence. It is understood that in addition to these properties the tool geometry essentially the material used for coating or the type of treatment (heat, laser radiation, chemical treatment, etc.) is decisive.

Bei der Beschichtung werden vorgegebene erste Flächenabschnitte des Werkzeugs abgedeckt, wodurch nur vorgegebene zweite Flächenabschnitte mit der Beschichtung oder einem Flächenmuster von Beschichtungen versehen werden. Nach z. B. einer ganzflächigen oder partiellen Vorbeschichtung mit einem ersten Material wird das Werkzeug mit Hilfe einer Schablone abgedeckt, die Löcher, Öffnungen, Schlitze, Muster von Schlitzen oder Öffnungen aufweist, welche die Flächen oder Flächenmuster von zwei Flächenabschnitten bilden.When coating, predetermined first surface sections of the tool are covered, whereby only predetermined second surface sections with the coating or be provided with a surface pattern of coatings. After e.g. B. an all-over or partial precoating with a first material becomes the tool covered with a template, the holes, openings, slots, patterns of Has slits or openings that the surfaces or surface patterns of two Form surface sections.

Die Durchführung dieses Verfahrens gestaltet sich relativ einfach und rationell. Erfolgt z. B. eine erste Beschichtung im PVD-Verfahren, wird im PVD-Verfahren auch die zweite Beschichtung vorgenommen, indem in der Beschichtungskammer die Targets ausgetauscht werden. Ggf. kann die Abdeckung der Werkzeuge in der Beschichtungskammer erfolgen. Vorzuziehen ist jedoch die Anbringung der Abdeckungen der Werkzeuge außerhalb der Beschichtungskammer, da üblicherweise eine Charge aus einer Vielzahl von Werkzeugen besteht, die mit Hilfe einer geeigneten Träger- oder Haltestruktur in der Beschichtungskammer gehalten werden.The implementation of this method is relatively simple and efficient. Is z. B. a first coating in the PVD process, also becomes the second in the PVD process Coating carried out by exchanging the targets in the coating chamber become. Possibly. can cover the tools in the coating chamber respectively. However, it is preferable to attach the tool covers outside the coating chamber, since usually one batch from a large number of tools, which with the help of a suitable support or holding structure in the Coating chamber are kept.

Im PVD-Verfahren bildet das Werkstück eine Elektrode, und mindestens ein Target, das aus dem Beschichtungsmaterial besteht, stellt eine weitere Elektrode dar. Bei einem anderen Verfahren wird Gebrauch davon gemacht, daß das elektromagnetische Feld mit Hilfe geeigneter Mittel gerichtet und/oder beeinflußt werden kann; dies zu dem Zweck, im Beschichtungsgang nur ganz bestimmte Flächenbereiche mit dem Beschichtungsmaterial zu beschichten, indem das Werkstück zum einen in geeigneter Weise angeordnet und zum anderen das Feld in gewünschter Weise beeinflußt wird. In diesem Zusammenhang ist auch denkbar, Hilfselektroden, Abschirmungen, Blenden oder dergleichen vorzusehen, die feldbeeinflussenden Charakter haben und gleichzeitig eine Abdeckung bilden.In the PVD process, the workpiece forms an electrode and at least one target, the consists of the coating material, represents another electrode Other methods make use of the fact that the electromagnetic field with Can be directed and / or influenced using suitable means; this for the purpose in the coating process only certain areas with the coating material to be coated by arranging the workpiece in a suitable manner and on the other hand the field is influenced in the desired manner. In this context it is also conceivable to provide auxiliary electrodes, shields, screens or the like, which have a field-influencing character and at the same time form a cover.

Bei einem dritten Verfahren wird davon Gebrauch gemacht, daß es bekannt ist, die zu beschichtenden Werkstücke in der Beschichtungskammer entlang vorgegebener Bahnen zu bewegen, damit ein möglichst gleichmäßiger Auftrag zustande kommt. Es ist auch bekannt, zum gleichen Zweck mindestens zwei Targets in der Beschichtungskammer anzuordnen, deren Wirkungsrichtung etwa um 90° versetzt liegt. Es ist bekanntlich ein Unterschied, ob eine Fläche des Werkstücks in der Beschichtungskammer dem Target zugekehrt ist oder auf der Schattenseite liegt. Durch Verwendung von z. B. Targets mit unterschiedlichem Material und durch eine geeignete Bewegungsbahn der Werkstücke läßt sich auf diese Weise erreichen, daß bestimmte Flächenbereiche des Werkstücks mit einem und andere Flächenbereiche mit dem anderen Material beschichtet werden. Zu diesem Zweck werden nicht nur die Werkstücke entlang vorgegebener Bahnkurven bewegt, sondern die Targets auch synchron dazu wahlweise aktiviert und deaktiviert, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen.A third method makes use of the fact that it is known to coating workpieces in the coating chamber along predetermined paths to move so that an order that is as uniform as possible is achieved. It is also known, for the same purpose at least two targets in the coating chamber to arrange, the direction of action is offset by about 90 °. It is known to be a Difference whether a surface of the workpiece in the coating chamber the target is turned or is on the dark side. By using e.g. B. targets with different material and through a suitable movement path of the workpieces can be achieved in this way that certain surface areas of the workpiece one and other surface areas are coated with the other material. To not only the workpieces along predetermined path curves are used for this purpose moved, but the targets also synchronously optionally activated and deactivated to to achieve the desired result.

Mit Hilfe der beschriebenen Verfahren läßt sich auf einfache Weise jeweils eine optimale Schicht für unterschiedlich beanspruchte Oberflächenbereiche des Werkzeugs erreichen. Optimale Eigenschaft meint etwa den Reibungskoeffizienten, die Härte, (Warmhärte), den Diffusionskoeffizienten, die Löslichkeit, die Oxidationsbeständigkeit, die Verschleißfestigkeit, die Rauhigkeit, die Temperaturfestigkeit, die Textur und dergleichen. So kann z. B. die Spanfläche mit Al₂O₃ beschichtet sein und die Freifläche mit TiN. Alternativ kann die Spanfläche mit TiAlN und die Freifläche mit TiN beschichtet sein. Falls das Werkzeug eine Spannut aufweist, kann deren Oberfläche mit einer dritten Beschichtung versehen werden. Insgesamt kommen als Beschichtungsmaterialien z.B. TiN, TiCN, TiAIN, TiAlSiN, TiAlCN, Al₂O₃ oder ZrO₂ CrN, a-CH u. a. in Frage.With the aid of the described methods, an optimal layer for differently stressed surface areas of the tool can be achieved in each case in a simple manner. Optimal property means, for example, the coefficient of friction, the hardness, (hot hardness), the diffusion coefficient, the solubility, the resistance to oxidation, the wear resistance, the roughness, the temperature resistance, the texture and the like. So z. B. the rake face can be coated with Al ₂ O ₃ and the open face with TiN. Alternatively, the rake face can be coated with TiAlN and the free face with TiN. If the tool has a flute, its surface can be provided with a third coating. Overall, coating materials such as TiN, TiCN, TiAIN, TiAlSiN, TiAlCN, Al ₂ O ₃ or ZrO ₂ CrN, a-CH, etc. are suitable.

Durch ein Beschichten nach einem vorgegebenen Muster läßt sich auch eine gewünschte Topografie erzeugen, um spanflußbeeinflussende Eigenschaften zu erzeugen oder zu verbessern.A desired pattern can also be obtained by coating according to a predetermined pattern Generate topography in order to generate or influence chip flow influencing properties improve.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1: zeigt perspektivisch eine kreisrunde Schneidplatte mit einer Beschichtung nach der Erfindung.
Fig. 2: zeigt eine Schablone zur Erzielung der Beschichtung der Schneidplatte nach Fig. 1.
Fig. 3: zeigt die Draufsicht auf eine andere Ausbildung einer Scheibenschablone mit verschiedenen beispielhaften Mustern.
Fig. 4: zeigt perspektivisch eine Topfschablone zur Herstellung einer erfindungs gemäßen Beschichtung.
Fig. 5: zeigt perspektivisch ein Fräswerkzeug mit einer Hilfselektrode für eine erfindungsgemäße Beschichtung.
Fig. 6 bis 8: zeigen Draufsichten auf gottardische Schneidplatten nach der Erfindung.
Fig. 9: zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer Schneidplatte nach derErfindung.
Fig. 10: zeigt eine ähnliche Darstellung wie Figur 9, jedoch mit einer anderen Beschichtung.
Fig. 11: zeigt ein Härte-Temperaturdiagramm.

The method according to the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawings.

Fig. 1: shows in perspective a circular insert with a coating according to the invention.
Fig. 2: shows a template to achieve the coating of the insert according to FIG. 1st
Fig. 3: shows the top view of another embodiment of a window template with different exemplary patterns.
Fig. 4: shows in perspective a pot template for producing a coating according to the Invention.
Fig. 5: shows in perspective a milling tool with an auxiliary electrode for a coating according to the invention.
6 to 8: show top views of Gottardische cutting plates according to the invention.
Fig. 9: shows a section through a part of a cutting insert according to the invention.
Fig. 10: shows a representation similar to Figure 9, but with a different coating.
Fig. 11: shows a hardness-temperature diagram.

In Fig. 1 ist eine Schneidplatte 10 mit kreisrunder Schneidkante 12 dargestellt, die eine Spanfläche 14 und eine Freifläche 16 aufweist. Wie zu erkennen, ist auf der Spanfläche ein Muster von radialen beabstandeten streifenförmigen Beschichtungen 18 vorgesehen. Die Schneidplatte 10 ist insgesamt mit einer Beschichtung aus geeignetem Material im CVD- oder PVD-Verfahren versehen, z. B. mit Al₂O₃ oder mit TiAlN. Die streifenförmigen Beschichtungen 18 sind aus einem anderen Material ebenfalls im PVD-Verfahren aufgebracht und optimieren das Verhalten der Spanfläche, beispielsweise indem die Beschichtung 18 für einen besseren Spanfluß sorgt. 1 shows a cutting insert 10 with a circular cutting edge 12, which has a rake face 14 and a free face 16. As can be seen, a pattern of radially spaced strip-shaped coatings 18 is provided on the rake face. The cutting plate 10 is provided with a coating of a suitable material in the CVD or PVD process, z. B. with Al ₂ O ₃ or with TiAlN. The strip-shaped coatings 18 are also made of a different material using the PVD method and optimize the behavior of the rake face, for example by the coating 18 ensuring a better chip flow.

In Fig. 2 ist eine Kreisschablone dargestellt, mit der die Oberseite der Schneidplatte 10 nach dem ersten Beschichtungsgang abgedeckt wird, um die streifenförmigen Beschichtungen 18 zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist die Schablone 20 mit rechteckigen länglichen radialen Schlitzen 22 versehen. Die Schlitze 22 ermöglichen mithin eine Beschichtung der Spanfläche 14 der Schneidplatte 10 nur in streifenförmigen Abschnitten. Bei dem Beschichtungsverfahren in einer nicht gezeigten Beschichtungskammer für das PVD-Verfahren kann die Schablone 20 in geeigneter Weise an der Schneidplatte 10 angelegt werden, beispielsweise durch Anordnung zwischen den Schneidplatten bei ihrer Stapelung übereinander in der Beschichtungskammer.A circular template is shown in FIG. 2 with which the upper side of the cutting plate 10 after the first coat is covered to the strip-like coatings 18 to enable. For this purpose, the template 20 is rectangular elongated radial slots 22 provided. The slots 22 thus allow one Coating the rake face 14 of the insert 10 only in strip-shaped sections. In the coating process in a coating chamber, not shown, for the PVD method can appropriately attach the template 20 to the insert 10 be created, for example by arrangement between the inserts in their Stacked one on top of the other in the coating chamber.

In Fig. 3 ist eine Kreisschablone 24 gezeigt, ähnlich der Schablone 20 nach Fig. 2 mit unterschiedlichen Schlitzmustern. Bei 26 sind Trapezschlitze, bei 28 bogenförmige Schlitze, bei 30 konzentrische Bogenschlitze, bei 32 ein Lochmuster, bei 34 gewinkelte Rechteckschlitze und bei 36 radiale Rechteckschlitze unterschiedlicher Länge gezeigt. Die einzelnen Schlitzmuster sollen nur als Beispiele dienen. Für den jeweiligen Anwendungsfall wird naturgemäß nur eines der Muster für die gesamte Schablone eingesetzt.A circular template 24 is shown in FIG. 3, similar to the template 20 according to FIG. 2 with different slit patterns. At 26 are trapezoidal slots, at 28 are arched Slits, at 30 concentric arches, at 32 a hole pattern, at 34 angled Rectangular slots and shown at 36 radial rectangular slots of different lengths. The individual slot patterns are only intended to serve as examples. For the respective application naturally only one of the patterns is used for the entire template.

In Fig. 4 ist eine Topfschablone 38 gezeigt, welche auf eine Schneidplatte 10 nach Fig. 1 gesetzt werden kann. Der Umfang der Topfschablone 38 entspricht etwa dem Umfang der Schneidkante 12. Der Topfboden 40 bedeckt mithin die Spanfläche 14 und die Wand 42 bedeckt die Freifläche 16. Man erkennt, daß der Boden 40 mit einem Lochmuster 44 versehen ist und die Wand 42 mit achsparallelen Rechteckschlitzen 46. Lochmuster 44 und Schlitze 46 sind nur für einen bestimmten Bereich angedeutet, können sich jedoch über den gesamten Umfang der Topfschablone 38 erstrecken. Mit Hilfe einer derartigen Topfschablone kann mithin auf der Freifläche 16 bzw. der Spanfläche 14 der Schneidplatte 10 ein korrespondierendes Muster in einer zweiten Beschichtung erzeugt werden.FIG. 4 shows a pot template 38 which is placed on a cutting plate 10 according to FIG. 1 can be set. The circumference of the pot template 38 corresponds approximately to the circumference the cutting edge 12. The pot base 40 thus covers the rake face 14 and the wall 42 covers the open space 16. It can be seen that the bottom 40 has a perforated pattern 44 is provided and the wall 42 with axially parallel rectangular slots 46th hole pattern 44th and slots 46 are only indicated for a certain area, but can be extend over the entire circumference of the pot template 38. With the help of such Pot template can therefore on the free surface 16 or the rake surface 14 of the Cutting plate 10 generates a corresponding pattern in a second coating become.

Anhand der Beispiele der Fign. 1 bis 4 ist gezeigt, wie durch eine geeignete Abdeckung bestimmter Flächenbereiche eine zweite Beschichtung mit einem geeigneten Material zur Optimierung der Funktion der betreffenden Fläche erreicht wird. In Fig. 5 ist ein Fräswerkzeug 50 mit gewendelter Spannut 52 gezeigt, so daß eine gewendelte Schneidkante 54, eine gewendelte Spanfläche 56 und eine gewendelte Freifläche 58 gebildet ist. In einer der gezeigten Spannuten 52 ist eine Hilfselektrode 60 angeordnet, die naturgemäß ebenfalls eine Wendelform aufweist. Sie deckt die Spannut und die Spanfläche ab, beeinflußt jedoch durch ihr elektromagnetisches Feld die Feldlinien zwischen dem Fräswerkzeug 50 und dem Target für das Beschichten nach dem PVD-Verfahren in der Beschichtungskammer, so daß z. B. hier nur die Freifläche in geeigneter Weise mit einem die Funktion der Freifläche 58 optimierenden Material beschichtet wird.Using the examples of FIGS. 1 to 4 is shown as by a suitable cover certain surface areas a second coating with a suitable material for Optimization of the function of the area in question is achieved. 5 is a milling tool 50 shown with a spiral flute 52 so that a spiral cutting edge 54, a spiral rake 56 and a spiral free surface 58 is formed. In one of the flutes 52 shown, an auxiliary electrode 60 is arranged, which is natural also has a helical shape. It covers the flute and the rake face, influenced however, due to their electromagnetic field, the field lines between the milling tool 50 and the target for coating by the PVD method in the coating chamber, so that z. B. here only the open space in a suitable manner with a Function of the free space 58 optimizing material is coated.

Die unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien, wie sie bei der Ausführungsform anhand der Figuren 1 bis 5 verwendet werden, sollen die Eigenschaften von Span- und Freifläche optimieren. Bekanntlich sind im Hinblick auf die Spanfläche andere Anforderungen gestellt, als bei der Freifläche. Außerdem hängt das Optimum von Frei- und Spanfläche auch von dem Werkstückmaterial ab, insbesondere davon, welche spanbildende Eigenschaft das Werkstückmaterial aufweist.The different coating materials as in the embodiment be used with reference to Figures 1 to 5, the properties of chip and Optimize open space. As is well known, there are other requirements with regard to the rake face posed as in the open space. In addition, the optimum depends on free and Rake face also from the workpiece material, in particular from which chip-forming Property that the workpiece material has.

Das in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Muster kann statt mit einer zusätzlichen oder anderen Beschichtung auch dadurch erzeugt werden, dass bestimmten Flächenabschnitten andere physikalische Eigenschaften verliehen werden, dadurch, dass eine partielle Behandlung erfolgt, beispielsweise mit Wärme- oder mit Laserbestrahlung. Bekanntlich führt eine Wärmebehandlung je nach eingestellter Temperatur zu einer Härteabnahme aufgrund des Abbaus von Eigenspannungen oder zu einer Härtezunahme durch thermisch aktivierte Ausscheidung von Nanopartikeln, wie dies anhand von Figur 11 dargestellt ist. Bei mittleren Temperaturen von 400° bis 600° C ergibt sich ein Abbau von Eigenspannungen und bei höheren Temperaturen ab 700° C bis 1.000° C eine Zunahme der Härte. Ein Härteanstieg im Hochtemperaturbereich findet nicht bei jeder Art von Beschichtung statt. Sie ist jedoch bekannt für sogenannte ALTIN-Schichten. Es handelt sich dabei um eine sogenannte spinodale Entmischungsreaktion im Kristallgitter der Beschichtung. Die dabei entstehenden, nur einige Nanometer großen Ausscheidungen führen zu einer makroskopischen Härtesteigerung der Beschichtung.The pattern shown in Figures 1 to 4 can instead of an additional or other coating can also be generated by certain surface sections other physical properties are conferred by the fact that a partial treatment takes place, for example with heat or with laser radiation. As is known, depending on the set temperature, heat treatment leads to one Decrease in hardness due to the reduction of residual stresses or an increase in hardness by thermally activated precipitation of nanoparticles, as shown in FIG 11 is shown. Degradation occurs at average temperatures of 400 ° to 600 ° C of residual stresses and at higher temperatures from 700 ° C to 1,000 ° C Increase in hardness. Not everyone will experience an increase in hardness in the high temperature range Kind of coating instead. However, it is known for so-called ALTIN layers. It is a so-called spinodal segregation reaction in the crystal lattice the coating. The resulting precipitates, which are only a few nanometers in size lead to a macroscopic increase in hardness of the coating.

In Figur 6 ist die Draufsicht auf eine erste quadratische Wendeschneidplatte 70 gezeigt, mit vier Schneidkanten 72 und einer umlaufenden Spanfläche 74, die andere Spanfließeigenschaften beziehungsweise Reibungswerte aufweist als die Freifläche, die hier nicht gezeigt ist.FIG. 6 shows the top view of a first square indexable insert 70, with four cutting edges 72 and a peripheral rake face 74, the other chip flow properties or has friction values than the open area, which are not here is shown.

Bei der quadratischen Wendeschneidplatte 70 a in Figur 7 mit den Schneidkanten 72 ist bezüglich einer Schneidkante ein Muster aus kreisrunden Flächenabschnitten 74 in Reihe annähernd parallel und im Abstand zur Schneidkante dargestellt. Bei der Wendeschneidplatte 70 b nach Figur 8 mit den Schneidkanten 72 sind zwei Muster 76, 78 von Flächenabschnitten 80 beziehungsweise 82 in Reihenanordnung vorgesehen. Die Flächenabschnitte 80 bilden ein gleichmäßiges Muster parallel zur Schneidkante 72 und im Abstand dazu, während die Flächenabschnitte 82 ein gleichmäßiges Muster parallel zur unteren Schneidkante in Abstand dazu bilden. Die in den Figuren 6 bis 8 dargestellten Flächenabschnitte weisen bezüglich des Spanflußes andere Eigenschaften auf, als die benachbarten Flächenbereiche beziehungsweise die Oberfläche der nicht gezeigten Freifläche, die selbstredend ebenfalls mit einem gewünschten Flächenmuster versehen werden kann. Wie schon erwähnt, können die Flächenabschnitte 74, 75, 80 und 82 durch eine zusätzliche Beschichtung mit einem geeigneten Beschichtungsmaterial erzeugt werden, oder durch Laser- oder thermische Behandlung, um die Härte, die Reibung oder sonstige die Spanflußeigenschaften beeinflussenden physikalischen Werte zu erzeugen. Dies ist etwa anhand von Figur 9 und 10 etwas deutlicher herausgestellt.With the square indexable insert 70 a in FIG. 7 with the cutting edges 72 with respect to a cutting edge, a pattern of circular surface sections 74 in series shown approximately parallel and at a distance from the cutting edge. With the indexable insert 70 b according to FIG. 8 with the cutting edges 72 are two patterns 76, 78 from Surface sections 80 and 82 provided in a row arrangement. The Surface sections 80 form a uniform pattern parallel to the cutting edge 72 and spaced apart while the surface sections 82 have a uniform pattern in parallel Form at a distance from the lower cutting edge. The shown in Figures 6 to 8 Surface sections have different properties with regard to the chip flow than the adjacent surface areas or the surface of those not shown Open space, which of course also provides a desired surface pattern can be. As already mentioned, the surface sections 74, 75, 80 and 82 can pass through an additional coating with a suitable coating material is generated, or by laser or thermal treatment to reduce hardness, or friction to produce other physical values influencing the chip flow properties. This is emphasized somewhat more clearly on the basis of FIGS. 9 and 10.

In Figur 9 ist ein Substrat 86, etwa eine Wendeschneidplatte, mit einer ersten Beschichtung 88 versehen, welche zum Beispiel sowohl die Span- als auch die Freifläche des Schneidkeils bedecken kann. In Figur 9 soll zum Beispiel die Beschichtung 88 diejenige an der Spanfläche sein. Die Schneidkante liegt zum Beispiel bei 90. Wie erkennbar, ist durch partielles Beschichten mit einem zweiten Beschichtungsmaterial ein Flächenmuster 92 gebildet, wobei das Beschichtungsmaterial des Flächenmusters 92 andere Spanfließeigenschaften aufweist, als die erste Beschichtung 88. Außerdem wird eine Höhentopographie erzeugt. Es versteht sich, dass jede Beschichtung 88, 92 aus einer Vielzahl von einzelnen Schichten zusammengesetzt sein kann.FIG. 9 shows a substrate 86, for example an indexable insert, with a first coating 88 provided which, for example, both the chip and the free surface of the Can cover the cutting wedge. For example, in FIG. 9 the coating 88 is said to be that to be on the rake face. The cutting edge is 90, for example. As can be seen, is by partially coating with a second coating material a surface pattern 92 formed, the coating material of the surface pattern 92 others Has chip flow properties than the first coating 88. In addition, a Height topography generated. It is understood that each coating 88, 92 consists of one Variety of individual layers can be composed.

In Figur 10 ist ein Substrat 94, beispielsweise eine Wendeschneidplatte, mit einer einzigen Beschichtung 96 versehen, die wiederum aus einer Vielzahl von Einzelschichten bestehen kann. Durch gezielte Behandlung werden partiell besondere Flächenbereiche erzeugt, so beispielsweise die Flächenbereiche 98 und 100. Die Flächenbereiche 100 gleichen in ihren Eigenschaften dem ursprünglich aufgebrachten Beschichtungsmaterial der Beschichtung 96. In den Flächenbereichen 98 erfolgt eine gezielte Temperaturbehandlung zum Beispiel durch Laserbestrahlung oder dergleichen, wodurch eine mikrotopographische Materialstrukturierung erzeugt ist. Somit haben die Flächenbereiche 98 im Hinblick auf das Spanflußverhalten des Werkzeugs andere Eigenschaften als die Flächenbereiche 100.10 shows a substrate 94, for example an indexable insert, with a single one Coating 96 provided, which in turn consists of a plurality of individual layers can exist. Through targeted treatment, special areas become partially generated, for example the surface areas 98 and 100. The surface areas 100 have the same properties as the coating material originally applied the coating 96. A targeted temperature treatment takes place in the surface areas 98 for example, by laser radiation or the like, whereby a microtopographic material structuring is generated. Thus the surface areas have 98 other properties with regard to the chip flow behavior of the tool than the surface areas 100.

Claims

Cutting tool with at least one cutting edge and adjacent to the cutting edge with at least one rake face and at least one free face, wherein the rake and / or free face has a coating according to the PVD and / or CVD method, characterized in that the surface of the coating of the free face and the surface of the coating of the chip face has different microtopographic properties which influence the chip flow.

Cutting tool according to claim 1, characterized in that the surface friction of the rake face is larger or smaller than that of the open face.

Cutting tool according to claim 1 or 2, characterized in that the surface of the chip and free surface are formed by different coating material.

Cutting tool according to claim 1 or 2, characterized in that the surface coating of the chip and / or free surface has a different structure, hardness and / or microtopography by means of targeted laser irradiation.

Cutting tool according to claim 1 or 2, characterized in that the surface layers of the chip and / or free surface have a different microstructure, hardness and / or microtopography through targeted heat treatment.

Cutting tool according to claim 3, characterized in that the rake and free surface are coated with a first coating material and conversely the surface of the free or rake surface is formed by a second coating material.

Cutting tool with at least one cutting edge and adjacent to the cutting edge with at least one rake face and at least one free surface, wherein a coating of the rake and / or free face is provided according to the PVD and / or CVD method, characterized in that the surface of the chip - And / or free surface has at least one limited surface section (74, 75, 80, 82) and the surface section has different properties in chip flow behavior compared to the other chip and / or free surface.

Cutting tool according to claim 7, characterized in that the surface friction of the surface section (74, 75, 80, 82) is smaller or larger than that of the remaining surface of the chip and / or free surface.

Cutting tool according to claim 7 or 8, characterized in that the surface of the surface section (92) is formed by a different coating material than the rest of the surface of the chip and / or free surface.

Cutting tool according to claim 7 or 8, characterized in that the surface section (98) has a microstructure and / or microtopography which is different from the microstructure and / or by targeted laser irradiation or heat treatment of a surface of a coating (96) of the chip and / or free surface Microtopography of the rest of the surface is different.

Cutting tool according to one of claims 7 to 10, characterized in that parallel to the cutting edge (72) a plurality of surface sections (75, 80, 82) form a uniform pattern.

Cutting tool according to claim 11, characterized in that the extent of the surface section (80) transverse to the cutting edge (72) is smaller or larger than parallel to the cutting edge (72).

Cutting tool according to one of claims 7 to 12, wherein two adjacent cutting edges intersect at an angle, characterized in that the first cutting edge is assigned at least a first surface section (80) of the second cutting edge a second surface section (82), the surfaces of the first and the second surface section (80, 82) are different in their contour, topography and / or in their chip flow properties.